Concetti Chiave
- Nei generatori elettrodinamici, il rotore è la parte mobile che produce il campo magnetico induttore, mentre lo statore è fisso e costituisce l'indotto.
- La "dinamo" della bicicletta è in realtà un alternatore con un rotore magnetico induttore e uno statore fisso, producendo corrente alternata.
- Il movimento del rotore rispetto allo statore genera una forza elettromotrice indotta, variabile in intensità e direzione secondo la legge di Neumann e Felici.
- La differenza tra dinamo e alternatore è nel sistema di erogazione della corrente; la dinamo produce corrente continua, mentre l'alternatore fornisce corrente alternata.
- In una dinamo, un collettore con semianelli e spazzole consente di ottenere una corrente unidirezionale, mantenendo una polarità costante ai morsetti.
Generatori elettrodinamici di corrente
Nelle macchine elettrodinamiche, siano esse ftneratori o motori, si denomina statore la parte attiva fissa e rotore quella che è animata da moto sciatorio; la parte esterna, con funzioni di involucro, è denominata carcassa.
Delle due parti attive, l'una (che può essere i rotore o lo statore indifferentemente, secondo I tipo di macchina) ha il compito di produrre il campo magnetico induttore e per questo si denomina induttore, l'altra costituisce l'indotto.
Uno dei più noti apparecchi generatori di corrente elettrica è la cosiddetta « dinamo » della bicicletta, che in realtà è un alternatore. Chiamiamo infatti dinamo ogni apparecchio elettro¬dinamico erogatore di corrente diretta sempre nello stesso senso, mentre diamo il nome specifico di Rematore a ogni macchina elettrodinamica che produce corrente il cui senso cambia alternativamente secondo una legge periodica.
Se esaminiamo il funzionamento della « dinamo » nella bicicletta comprendiamo facilmente l'improprietà del nome che comunemente le viene dato. Questo piccolo generatore di corrente elettrica contiene un rotore rappresentato da una calamità permanente e uno statore che è un anello di ferro portante un lungo filo di rame isolato, avvolto in numerose spire.
Nel comune generatore della bicicletta v'è un magnete induttore rotante, mentre l'indotto è fisso e consta di un avvolgimento attorno ad un anello di ferro. Il movimento del rotore produce un susseguirsi di variazioni del flusso concatenato con l'avvolgimento, nel quale pertanto nasce una f.e.m. indotta variabile di intensità e di direzione.
Il rotore si muove all'interno dello statore provocando, col periodico alternarsi dell'uno e dell'altro polo davanti a ogni singola spira del¬l'avvolgimento, una periodica variazione di flusso nel circuito, quindi una f.e.m. indotta che dipende dalla velocità di rotazione (legge di Neumann e Felici).
Consideriamo l'andamento della f.e.m. in una qualsiasi spira del circuito indotto durante il tempo che il rotore impiega a compiere un giro. Partiremo dal momento in cui i poli dell'induttore sono nella posizione di massimo allontanamento rispetto a tale spira, ossia a 90° rispetto ad essa. In tale posizione la f.e.m. è nulla perché nessun flusso attraversa la spira.
Man mano che il magnete induttore, rotando, si avvicina alla spira, aumenta sempre di più il flusso che la va attraversando, fino a raggiungere un valore massimo quando polo e spira sono allineati. Su un diagramma cartesiano si può rappresentare la f.e.m. indotta (e quindi la relativa corrente indotta) con una curva che sale dal valore zero al valore massimo.
Proseguendo nel suo movimento di rotazione, il polo induttore incomincia ad allontanarsi dalla spira; la variazione dì flusso diminuisce e con essa il valore della f.e.m. indotta. Nel grafico cartesiano la curva scende fino a tornare al valore zero quando i poli del magnete sono nuovamente nella posizione di massimo allontanamento, ma invertiti rispetto al mezzo giro precedente.
È la volta dell'altro polo dell'induttore, che riprende il ciclo abbandonato dal polo precedente e lo ripete con l'unica differenza che la f.e.m. ha direzione opposta perché è cambiata la polarità induttrice. Il grafico ripete la curva di prima, ma dall'altra parte dell'asse delle ascisse: se alla f.e.m. si attribuisce verso positivo durante il primo mezzo giro, nella seconda metà ha verso negativo. La differenza sostanziale fra i due generatori elettrodinamici — dinamo ed alternatore consiste unicamente nel sistema di erogazione della corrente alternata che si induce nei rispettivi avvolgimenti interni.
Nel generatore della bicicletta un estremo del¬l'avvolgimento è a massa e l'altro si collega direttamente all'unico morsetto, il quale riceve perciò (ed eroga alla lampadina) una corrente variabile fra due massimi negativo e positivo: una corrente alternata. L'apparecchio è un alternatore a induttore rotante.
Se consideriamo il caso generale di una spira conduttrice che ruota in un campo magnetico costante, possiamo prelevare da essa una corrente unidirezionale mediante un collettore formato da due semianelli isolati fra loro e comunicanti con i capi della spira.
Poiché la spira ruota, il collegamento con un circuito esterno è possibile solo con il sistema del contatto strisciante o « spazzola ». Disponendo una spazzola su ciascun semianello, essa raccoglie sempre e solamente la medesima semionda della corrente.
A differenza dell'alternatore, nel quale non possono esistere due morsetti con polarità costante, ai morsetti della dinamo la polarità è perfetta¬mente definita perché la corrente che vi arriva varia di intensità, ma non anche di direzione.
In pratica si può considerare continua la corrente pulsante di una dinamo se si forma un rotore l'on numerosi gruppi di spire avvolti attorno a ini tamburo di ferro laminato, così che la corrente t'incita sia la somma di tutte le singole correnti di uyni avvolgimento. Il collettore non sarà ovvia¬mente formato da due semianelli, ma da tante frazioni di anello, isolate fra loro, quante ne occorrono per portare al collettore stesso le estremità di ogni avvolgimento.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza principale tra una dinamo e un alternatore?
- Come funziona il generatore di corrente di una bicicletta?
- Cosa succede alla f.e.m. indotta durante la rotazione del rotore?
- Come si ottiene una corrente unidirezionale da una spira conduttrice in un campo magnetico costante?
- In che modo si può considerare continua la corrente pulsante di una dinamo?
La differenza principale tra una dinamo e un alternatore risiede nel sistema di erogazione della corrente. La dinamo eroga corrente diretta sempre nello stesso senso, mentre l'alternatore produce corrente il cui senso cambia alternativamente.
Il generatore di corrente di una bicicletta, comunemente chiamato "dinamo", è in realtà un alternatore. Ha un rotore con un magnete induttore rotante e uno statore fisso con un avvolgimento di filo di rame. Il movimento del rotore provoca variazioni di flusso che inducono una f.e.m. variabile.
Durante la rotazione del rotore, la f.e.m. indotta varia. Quando i poli dell'induttore sono allineati con la spira, la f.e.m. raggiunge un valore massimo. Man mano che il polo si allontana, la f.e.m. diminuisce fino a tornare a zero, per poi invertire direzione con il passaggio dell'altro polo.
Si ottiene una corrente unidirezionale utilizzando un collettore formato da due semianelli isolati, collegati ai capi della spira. Le spazzole raccolgono sempre la stessa semionda della corrente, mantenendo la direzione costante.
La corrente pulsante di una dinamo può essere considerata continua se il rotore è formato da numerosi gruppi di spire avvolti attorno a un tamburo di ferro laminato. La corrente indotta è la somma delle singole correnti, e il collettore è composto da tante frazioni di anello quante sono necessarie per collegare le estremità di ogni avvolgimento.